Operationalizing testing setup used at NTNU SmallSat Lab Design of an Automatic Test-framework for On-board Software of Satellites

Abstract

Satellitter er kompliserte konstruksjoner som krever tverrfaglig kompetanse og sammarbeid mel- lom personer mer ulike akademiske disipliner. Ved SmallSat Labben på Norges teknisk-natur- vitenskapelige universitet (NTNU), jobber det ett team som designer og utvikler satellitter ved navnet HYPSO (HYPer-spectral Smallsat for ocean Observation). HYPSO-satellittene består av en nyttelast integrert med en 6U CubeSat satellite-bus utviklet av NanoAvionics.

Nyttelasten inneholder ett hyperspektralt kamera som HYPSO teamet vil bruke for å ta hyperspektrale bilder av havet for å kunne se etter tegn av alge oppblomstring. Som kan true økosystemer I både hav og innsjøer. For å forsikre at satellitten fungerer om det skal, kreves det grundig testing av kodebasen for programvaren ombord. Å lage disse testene er en tidkrevende prosess, som krever stor kunnskap til den indre virkemåten av kodebasen. I tillegg, etterhvert som kodebasen blir større når ny funksjonalitet legges til, kan gamle tester slutte å fungere. Noe som da fører til at mye tid må brukes på vedlikehold av disse testene.

Denne oppgaven beskriver design og implementering av et automatisk testrammeverk for pro- gramvaren ombord HYPSO-satellittene. Et testrammeverk er et sett med retningslinjer/regler for hvordan en skal lage tester, mens et automatisk testrammeverk er et testrammeverk som er i stand til å kjøre testene automatisk. Å bruke et automatisk testrammeverk vil forbedre HYPSO teamets effektivitet, testnøyaktighet og vedlikeholdskostnader når det kommer til testing. Det automatiske testrammeverket designet i denne oppgaven er i stand til å imitere en normal brukers bruk av satellitten og er i stand til å effektivt teste flere tester om gangen, med ulike sett av inngangsdata. Testrammeverket er implementert til å automatisk utføre testing hver gang det skjer endringer i kodebasen. Og ettersom hver tests blir timet og datert, så gir det muligheter for å dokumentere/logge endringer i programvarehastigheten til satelliten over tid. Noe som kommer godt med, med tanke på den begrensede tiden man har for kommunikasjon når satelliten er over bakkestasjonen.

Satellites are complicated constructs that require interdisciplinary teamwork of various experts of different academic disciplines. At the SmallSat Lab at Norwegian University of Science and Technology (NTNU), a team is working on designing and developing satellites known as HYPSO (HYPer-spectral Smallsat for ocean Observation). The HYPSO satellites consist of a payload integrated with a 6U CubeSat satellite bus developed by NanoAvionics. With the satellites, the HYPSO team aim to use a hyperspectral imager to observe ocean color and detect harmful algal blooms (HABs) that can threaten ecosystems in seas and lakes. To ensure proper functionality of the satellites, the codebase for the on-board software require rigorous testing. Creating and executing these tests is a time-consuming process, that require intricate knowledge of the inner workings of the codebase. Additionally, as the codebase increases with new functionality added to the satellite, previous tests might become outdated. Which leads to more time being spent on maintenance.

This thesis describes the design and implementation of an automatic test framework for the on- board software of the HYPSO satellites. A test framework is a set of guidelines/rules for creating and designing test cases, while an automatic test framework is a test framework that is able to test automatically at certain events. Utilizing an automatic test framework will improve the HYPSO team’s test efficiency, test accuracy and test maintenance cost.

The automatic test framework designed in this thesis is able to imitate a normal user’s usage of the satellite and is able to efficiently test over multiple test cases, with multiple sets of input data. It has been implemented to execute testing automatically when changes are made to the codebase. As each test case is also timed and dated, possibilities arise for documenting/logging changes in performance speed of the on-board software. Which is useful considering the limited connection time the satellite has to a ground station.